L’oxyde de titane, également connu sous le nom de dioxyde de titane, est un pigment blanc naturel couramment utilisé dans les peintures, les revêtements, les plastiques et les crèmes solaires. Il a un indice de réfraction et une opacité élevés.
| Nom UICPA | Oxyde de titane (IV) |
| Formule moléculaire | TiO2 |
| Numero CAS | 13463-67-7 |
| Synonymes | Dioxyde de titane, titane, anatase, brookite, rutile, tamis moléculaire octaédrique (OMS), E171 |
| InChI | InChI=1S/2O.Ti |
| InChIKey=ZQIUJXQCIJLZJK-UHFFFAOYSA-N |
Propriétés du dioxyde de titane
Masse molaire de Oxyde de Titane
La masse molaire de l’oxyde de titane (TiO2) est d’environ 79,87 g/mol. C’est une poudre blanche, inodore et insipide, insoluble dans l’eau et les solvants organiques. La masse molaire est calculée en additionnant les masses atomiques d’un atome de titane et de deux atomes d’oxygène qui composent une seule molécule de TiO2. Cette valeur est importante pour déterminer la stœchiométrie des réactions chimiques impliquant l’oxyde de titane.
Point d’ébullition de l’oxyde de titane
L’oxyde de titane n’a pas de point d’ébullition bien défini puisqu’il se décompose avant d’atteindre son point de fusion. La température de décomposition du TiO2 dépend de la structure cristalline, de la taille des particules et de la pureté du matériau. Par exemple, le TiO2 rutile se décompose à environ 1 850 °C, tandis que le TiO2 anatase se décompose à une température plus basse, environ 1 600 °C. À des températures plus élevées, l’oxyde de titane est réduit en titane métallique. Cette propriété en fait un matériau utile dans les applications à haute température, telles que les revêtements de fours et les briques réfractaires.
Point de fusion de l’oxyde de titane
Le point de fusion de l’oxyde de titane dépend de sa structure cristalline. L’Anatase TiO2 a un point de fusion d’environ 1 550 °C, tandis que le rutile TiO2 a un point de fusion plus élevé d’environ 1 850 °C. Le point de fusion du TiO2 est également affecté par les impuretés présentes dans le matériau, telles que le fer et d’autres métaux de transition, qui peuvent abaisser le point de fusion et modifier la structure cristalline. À haute température, l’oxyde de titane peut subir une réduction pour former du titane métallique.
Densité d’oxyde de titane g/ml
La densité de l’oxyde de titane dépend de la structure cristalline et de la taille des particules. Le TiO2 anatase a une densité de 3,78 g/cm3, tandis que le TiO2 rutile a une densité plus élevée de 4,23 g/cm3. Les impuretés présentes dans le matériau affectent la structure cristalline du TiO2 et peuvent modifier la densité de tassement de ses particules, affectant ainsi sa densité. Comparé à d’autres oxydes métalliques, l’oxyde de titane a une faible densité, ce qui en fait un matériau utile dans les applications où un faible rapport poids/volume est souhaité.
Poids moléculaire de l’oxyde de titane
Le poids moléculaire de l’oxyde de titane (TiO2) est d’environ 79,87 g/mol. C’est un composé composé d’un atome de titane et de deux atomes d’oxygène. Le poids moléculaire est important pour déterminer la stœchiométrie des réactions chimiques impliquant l’oxyde de titane, ainsi que ses propriétés physiques et chimiques.
Structure du dioxyde de titane
Le dioxyde de titane possède trois structures cristallines principales : le rutile, l’anatase et la brookite. Le rutile est le plus stable et possède une structure cristalline tétragonale, tandis que l’anatase a une structure tétragonale plus ouverte et déformée. La brookite a une structure cristalline orthorhombique. La structure cristalline du dioxyde de titane affecte ses propriétés physiques et chimiques, telles que sa densité, son point de fusion et sa réactivité. La structure du dioxyde de titane peut être modifiée par dopage avec d’autres métaux ou en modifiant les conditions de synthèse, ce qui donne lieu à des matériaux aux propriétés et applications uniques.
Formule de dioxyde de titane
La formule chimique du dioxyde de titane est TiO2, ce qui indique que chaque molécule de TiO2 contient un atome de titane et deux atomes d’oxygène. La formule est importante pour déterminer la stœchiométrie des réactions chimiques impliquant le dioxyde de titane, ainsi que ses propriétés physiques et chimiques. La formule peut également être utilisée pour calculer la quantité de dioxyde de titane nécessaire dans une application particulière, comme dans la production de pigments, de revêtements et de céramiques.
| Apparence | poudre blanche |
| Gravité spécifique | 3,9 – 4,25 |
| Couleur | Blanc |
| Odeur | Inodore |
| Masse molaire | 79,87 g/mole |
| Densité | 3,78 – 4,23 g/cm3 |
| Point de fusion | 1550°C (anatase) – 1850°C (rutile) |
| Point d’ébullition | Se décompose avant de bouillir |
| Point d’éclair | N’est pas applicable |
| Solubilité dans l’eau | Insoluble |
| Solubilité | Insoluble dans l’eau et les solvants organiques |
| Pression de vapeur | N’est pas applicable |
| Densité de vapeur | N’est pas applicable |
| pKa | N’est pas applicable |
| pH | 6,5 – 8,5 |
Le dioxyde de titane est-il sans danger ?
Le dioxyde de titane est généralement considéré comme sûr et non toxique. Il n’est pas inflammable, explosif ou réactif avec d’autres produits chimiques. Cependant, comme toute particule fine, il peut être un irritant respiratoire s’il est inhalé à des concentrations élevées, ce qui peut provoquer de la toux, une oppression thoracique et un essoufflement. Une exposition prolongée à des niveaux élevés de poussière peut également provoquer des lésions pulmonaires. Il est important de manipuler le dioxyde de titane dans un endroit bien ventilé et de porter un équipement de protection individuelle approprié, tel qu’un masque anti-poussière, lors de la manipulation de grandes quantités. De plus, toute ingestion accidentelle ou tout contact oculaire avec du dioxyde de titane doit être évité.
| Symboles de danger | Aucun |
| Description de la sécurité | Non considéré comme dangereux dans des conditions normales d’utilisation |
| Numéros d’identification de l’ONU | N’est pas applicable |
| Code SH | 28230000 |
| Classe de danger | Non classé comme dangereux |
| Groupe d’emballage | N’est pas applicable |
| Toxicité | Généralement considéré comme non toxique, mais peut être un irritant respiratoire en cas d’inhalation à fortes concentrations. |
Méthodes de synthèse de l’oxyde de titane
L’oxyde de titane peut être synthétisé par plusieurs méthodes, notamment des processus chimiques et physiques. Les méthodes les plus courantes sont :
- Le procédé au sulfate fait réagir les minerais de titane avec l’acide sulfurique pour produire une forme hydratée de dioxyde de titane, qui subit une calcination à haute température pour obtenir le produit final.
- Le procédé au chlorure implique la réaction de minerais de titane avec du chlore gazeux pour former du tétrachlorure de titane, qui subit ensuite une hydrolyse pour obtenir du dioxyde de titane.
- Dans la méthode sol-gel, l’hydrolyse des alcoolates de titane en solution est suivie d’une réaction de condensation qui forme un gel. Ensuite, le gel subit un séchage et une calcination pour produire de l’oxyde de titane.
- Le procédé de synthèse par flamme produit des particules d’oxyde de titane en brûlant un combustible et un comburant dans une flamme pour générer un flux gazeux à haute température. Le précurseur du titane est injecté dans la flamme, où il réagit et forme les particules.
- Dans la méthode de synthèse hydrothermale, un précurseur de titane subit une dissolution dans une solution aqueuse à haute température et haute pression, ce qui favorise la croissance des cristaux d’oxyde de titane.
Le choix de la méthode dépend des propriétés souhaitées du produit à base d’oxyde de titane, ainsi que du coût et de la faisabilité du procédé. Chaque méthode a ses propres avantages et limites, et les chercheurs continuent d’explorer de nouvelles méthodes de synthèse d’oxyde de titane aux propriétés et performances améliorées.
À quoi sert le dioxyde de titane ?
L’oxyde de titane a un large éventail d’applications en raison de ses propriétés uniques, notamment son indice de réfraction élevé, sa haute opacité et son excellente résistance aux UV. Certaines des utilisations les plus courantes de l’oxyde de titane sont :
- L’industrie des pigments utilise largement le dioxyde de titane dans les peintures, les revêtements, les plastiques et le papier, car il offre une opacité, une luminosité et une résistance aux UV élevées, ce qui en fait un choix populaire pour les applications extérieures.
- Les fabricants utilisent couramment le dioxyde de titane dans les crèmes solaires et autres produits cosmétiques comme absorbeur UV efficace pour protéger la peau des rayons UV.
- La production de matériaux céramiques, notamment de céramiques électriques, de convertisseurs catalytiques et de vernis céramiques, dépend fortement du dioxyde de titane comme composant clé.
- Dans diverses réactions chimiques, notamment la production de polyéthylène et d’autres polymères, le dioxyde de titane agit comme catalyseur.
- L’industrie électronique utilise le dioxyde de titane dans la production d’appareils électroniques, tels que des condensateurs et des résistances, en raison de sa constante diélectrique élevée et de sa faible conductivité électrique.
- Pour améliorer leur réflectivité et leur durabilité, les fabricants appliquent une fine couche de dioxyde de titane sur les lentilles, les miroirs et autres composants optiques, largement utilisé dans l’industrie des revêtements optiques.
- En raison de son excellente biocompatibilité et de sa résistance à la corrosion, les implants médicaux, tels que les implants dentaires, utilisent le dioxyde de titane dans des applications biomédicales.
La diversité des applications de l’oxyde de titane met en évidence son importance dans diverses industries et son potentiel d’innovations futures.
Questions : Le dioxyde de titane dans les aliments
Le dioxyde de titane est un additif alimentaire couramment utilisé pour blanchir et éclaircir les produits alimentaires. L’étiquette des ingrédients des produits alimentaires l’indique souvent comme E171 ou « dioxyde de titane ». Il est approuvé comme colorant alimentaire aux États-Unis, dans l’Union européenne et dans de nombreux autres pays. Les fabricants l’utilisent pour donner une apparence blanche et brillante et pour améliorer la texture et la consistance des produits alimentaires, notamment les bonbons, les gommes, les produits de boulangerie, les produits laitiers et les boissons. De plus, il est utilisé comme agent de diffusion de la lumière pour améliorer l’opacité de certains produits alimentaires.
Bien que le dioxyde de titane soit généralement considéré comme sans danger pour une utilisation alimentaire, on craint que sa consommation en grande quantité puisse être nocive. Des études suggèrent que les nanoparticules de dioxyde de titane pourraient avoir des effets toxiques sur la santé humaine, notamment au niveau du système digestif. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer la sécurité du dioxyde de titane dans les aliments.
Certains pays ont pris des mesures pour limiter l’utilisation du dioxyde de titane dans les aliments. Par exemple, la France a interdit l’utilisation du dioxyde de titane comme additif alimentaire en 2020, et l’Union européenne réexamine actuellement la sécurité du dioxyde de titane dans les aliments. Les consommateurs doivent être conscients des risques et des avantages potentiels du dioxyde de titane, comme de tout additif alimentaire, et faire des choix éclairés concernant les aliments qu’ils consomment.